踐行控軋控冷技術(shù) 打造精品長材項目
研發(fā)背景
早在20世紀80年代，荷蘭阿姆斯特丹世界鋼鐵會議就指出：軋鋼技術(shù)今后將主要集中在控制軋制、加強冷卻以及棒線材的無頭軋制等3項技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新�？刂栖堉坪涂刂评鋮s技術(shù)在提高產(chǎn)品組織性能，降低鋼材生產(chǎn)成本，提高企業(yè)經(jīng)濟效益方面作用巨大。30多年過去了，控制軋制和控制冷卻在理論研究和棒線材生產(chǎn)應(yīng)用中取得了迅猛發(fā)展。
我國是鋼鐵生產(chǎn)和消費大國，粗鋼產(chǎn)量連續(xù)多年位居世界第一。特別是進入21世紀以來，我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)長期快速粗放發(fā)展積累的矛盾日益突出：盲目投資嚴重，產(chǎn)能總體過剩；創(chuàng)新能力不強，先進生產(chǎn)技術(shù)、高端產(chǎn)品研發(fā)和應(yīng)用還主要依靠引進和模仿，一些高檔關(guān)鍵品種鋼材仍需大量進口，消費結(jié)構(gòu)處于中低檔水平；資源控制力弱，缺乏進口礦石定價話語權(quán)，國內(nèi)鐵礦資源稟賦低，自給率不足50％。面對國內(nèi)鋼鐵工業(yè)當前存在的產(chǎn)能過剩、資源缺乏和消費結(jié)構(gòu)低端等諸多問題，2009年發(fā)布的《鋼鐵產(chǎn)業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃》，提出了一系列調(diào)整和振興規(guī)劃：調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，淘汰落后產(chǎn)能，提倡自主創(chuàng)新，加快技術(shù)改造，繼續(xù)推進節(jié)能減排措施等。可見，粗放式發(fā)展模式已不適應(yīng)當今鋼鐵企業(yè)，推廣精細化、節(jié)約化管理模式，摒棄生產(chǎn)單一而量大面廣的建材產(chǎn)品，發(fā)展節(jié)約型建材產(chǎn)品，重點發(fā)展機械加工用優(yōu)質(zhì)、高端棒線材，才是正確選擇。
作為國內(nèi)冶金行業(yè)資深工程公司，中冶京誠旗下北京京誠瑞信長材工程技術(shù)有限公司，在棒線材生產(chǎn)線的設(shè)計、制造、供貨、調(diào)試、投產(chǎn)一條龍服務(wù)中一直處于國內(nèi)領(lǐng)先地位。為適應(yīng)鋼鐵行業(yè)發(fā)展形勢和最終產(chǎn)品的需求，早在2004年，瑞信長材就開始致力于控軋控冷技術(shù)的研究和相關(guān)成套產(chǎn)品的研發(fā)。經(jīng)過近10年的技術(shù)積累，瑞信長材已經(jīng)通過自主研發(fā)、技術(shù)創(chuàng)新等手段開發(fā)出一系列棒線材控軋控冷技術(shù)成套產(chǎn)品，并廣泛應(yīng)用于各大鋼廠。
棒線材控軋控冷技術(shù)
由于棒線材軋機的軋制工藝參數(shù)中變形制度由孔型設(shè)計確定，所以要像中厚板那樣通過改變各道次變形量來適應(yīng)控制軋制變形量的要求是極其困難的。目前，棒線材生產(chǎn)采用控制軋制的方式主要是低溫軋制，即按照正火軋制工藝或者是熱機軋制工藝所對應(yīng)的溫度范圍，在軋線的最后2~5個道次進行成形。
采用低溫軋制時，一般來講，粗、中軋采用Ⅰ型控制軋制工藝，即通過對加熱時粗化的初始γ晶粒反復(fù)進行“軋制-再結(jié)晶”使之得到細化，從而獲得均勻細小晶粒的γ組織。根據(jù)軋制鋼種的不同，精軋可采用Ⅱ型控制軋制或(a十γ)兩相區(qū)控制軋制。
與普通熱軋相比，采用控軋控冷技術(shù)可使得所有產(chǎn)品均能實現(xiàn)正火軋制或者熱機軋制。根據(jù)不同鋼種，控軋控冷可實現(xiàn)的主要目的如下：
對于低碳鋼和低合金鋼，采用低溫精軋的工藝，可以實現(xiàn)細晶強化效果，在保證機械性能要求的前提下，減少合金元素的添加，大大降低成本；
對于冷鐓鋼，采用熱機軋制工藝，可以降低抗拉強度、提高面縮率，不僅提高了冷鐓性能，還可以減少后續(xù)退火時間或者實現(xiàn)免退火效果；
對于軸承鋼，采用熱機軋制工藝，可以降低析出網(wǎng)狀碳化物級別，減少后續(xù)球化退火時間；
對于彈簧鋼，采用熱機軋制工藝，可以細化晶粒，提高索氏體化率和抗拉強度，減少脫碳層，提高其疲勞性能；
對于高碳鋼，采用正火軋制工藝，可以提高索氏體化率和抗拉強度，還減少脫碳層，提高產(chǎn)品表面質(zhì)量。
控軋控冷技術(shù)產(chǎn)品特點
要實現(xiàn)棒線材低溫軋制，必須依賴于布置在各個機組之間的控冷設(shè)備和相關(guān)控制系統(tǒng)。瑞信長材自主研發(fā)的控軋控冷技術(shù)成套產(chǎn)品包含以下幾個部分：控軋控冷工藝、控冷設(shè)備及閥臺集成、控冷軟件及控制系統(tǒng)。三者有機結(jié)合在一起，形成以控軋控冷工藝為核心，機電一體的成套產(chǎn)品，對棒線材控制軋制和控制冷卻過程形成一個閉環(huán)，即為制定工藝—設(shè)備執(zhí)行—組織性能預(yù)報—檢化驗結(jié)果驗證—修正工藝參數(shù)。
u 控軋控冷工藝
瑞信長材通過資料及生產(chǎn)數(shù)據(jù)的收集、與實驗室合作，整理出一整套的常用材料數(shù)據(jù)庫（優(yōu)質(zhì)碳素鋼、低合金鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼），可以針對業(yè)主提出的鋼種制定出合理的控軋控冷溫度制度，并根據(jù)各段的溫降需求和冷卻特性，選擇噴嘴類型、配置水箱數(shù)量和合適的水冷段長度，以確保滿足產(chǎn)品的最終性能。
u 控冷設(shè)備及閥臺集成
根據(jù)棒線材生產(chǎn)線的各種類型，瑞信長材自主研發(fā)出囊括熱軋鋼筋、高速棒材、優(yōu)質(zhì)棒材和高速線材四大類型、一整套控冷設(shè)備，噴嘴類型包含環(huán)形直噴式噴嘴、剖分式普通噴嘴、剖分式高效噴嘴和湍流式文氏管，換熱系數(shù)為4000-20000 W/（m2·℃），可滿足所有棒線材類型的控冷需求，見圖1。
為解決水冷中常出現(xiàn)的反撲、干燥、防銹、除霧、水冷效果等問題，瑞信長材認真分析，進行相關(guān)結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計，并獲得了實用新型專利9項。
表1 實用新型專利
序號
名 稱
專利類別
專利號
1
棒線材水冷系統(tǒng)
實用新型
201220378778.2
2
水冷裝置的水冷單元
實用新型
201220378740.5
3
水冷噴嘴
實用新型
201220378603.1
4
紊流套及紊流管
實用新型
201220378432.2
5
除霧裝置及水冷裝置
實用新型
201220379038.0
6
用于湍流式水冷裝置的反撲噴嘴
實用新型
200920278090.5
7
一種氣封噴嘴
實用新型
201220378311.8
8
一種棒材防銹裝置
實用新型
201220378955.7
9
一種干燥管
實用新型
201220378705.3
u 控冷軟件及控制系統(tǒng)
完美的控軋控冷技術(shù)得以應(yīng)用，除了依賴于高效的冷卻裝置，精確的控制中心也是必不可少的。瑞信長材自主研發(fā)了棒線材控軋控冷工藝軟件，可根據(jù)特定的軋制工藝參數(shù)（鋼種、規(guī)格、速度）計算出各段的控冷參數(shù)（水箱投入狀態(tài)、水量及分配比例），對控軋控冷全過程進行溫度計算，并根據(jù)相應(yīng)的化學成分對最終的成品力學性能（抗拉強度、屈服強度、延伸率）和晶粒度進行預(yù)報。工藝軟件與中冶京誠旗下北京京誠瑞達電氣工程技術(shù)有限公司研發(fā)的閉環(huán)控制系統(tǒng)、離線模擬分析和在線閉環(huán)控制的完美結(jié)合，為控軋控冷穩(wěn)定運行和新品種的開發(fā)提供了很好的技術(shù)保障，控制系統(tǒng)界面見圖2。
控制系統(tǒng)技術(shù)特點：
l 不同鋼種、規(guī)格的控冷工藝參數(shù)的制定及工藝軟件包；
l 針對不同工況和控制精度，配置水壓、水量穩(wěn)定系統(tǒng)及開閉水的自動控制閥臺系統(tǒng)；
l 溫度、流量、閥位三環(huán)無擾動切換，滿足不同工況連續(xù)生產(chǎn)；
l 溫度閉環(huán)控制，控制精度達到±10℃國際先進水平；
l 完善的智能系統(tǒng)，具有工藝參數(shù)自學習及控制系統(tǒng)自學習功能；
l 控軋控冷的組織性能預(yù)報。
（a）溫度模擬 （b）溫度閉環(huán)控制
（c）性能預(yù)報 （d）溫度閉環(huán)控制界面
圖2 控制系統(tǒng)界面
u 控冷系統(tǒng)水處理方案
另外，為響應(yīng)國家節(jié)能減排的政策，由于控冷系統(tǒng)冷卻水中幾乎不含油污，只含有少量細的氧化鐵皮，中冶京誠針對性地研發(fā)出一整套單獨用于控冷冷卻水經(jīng)濟合理的濁水處理系統(tǒng)，減少了其中的除油環(huán)節(jié)，降低了投資成本，同時也節(jié)約了噸鋼水處理的運行成本，尤其適合現(xiàn)有生產(chǎn)線的控冷改造，大大減少了由于改造引起的停產(chǎn)時間，該系統(tǒng)已在多個實際工程中投入，使用效果良好。
應(yīng)用效果及前景
瑞信長材自主研發(fā)的控軋控冷成套產(chǎn)品可廣泛應(yīng)用于普鋼和優(yōu)特鋼領(lǐng)域的棒、線、型材生產(chǎn)線，可實現(xiàn)低溫精軋、細晶粒軋制、余熱淬火、穿水固溶等多種功能，且在國內(nèi)各大鋼廠棒線材生產(chǎn)中已投入10余套。通過使用控軋控冷技術(shù)產(chǎn)品，成品力學性能、盤卷通條均勻性都得到明顯的改善，使用效果良好，為企業(yè)帶來了經(jīng)濟效益。
隨著我國鋼鐵行業(yè)逐步向著節(jié)約型、高端型發(fā)展的趨勢，下游用戶對高性價比和高附加值產(chǎn)品的需求會越來越強烈。當今時代，鐵礦石和合金元素越來越緊缺，利用“水這個最廉價的合金元素”，進行工藝創(chuàng)新，采用控軋控冷技術(shù)無疑是軋鋼技術(shù)的必然趨勢。
在棒線材控軋控冷技術(shù)和相關(guān)成套產(chǎn)品研發(fā)方面，瑞信長材擁有豐富的設(shè)計經(jīng)驗、技術(shù)積累和眾多的專業(yè)技術(shù)人才。作為長材工程設(shè)計和設(shè)備供貨的領(lǐng)軍企業(yè)，瑞信長材一直走在軋鋼技術(shù)最前沿，并堅持用高質(zhì)量的產(chǎn)品一為用戶帶來切實效益，同時推動我國軋鋼工程技術(shù)不斷進步。
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